Экспериментальное установление физических механизмов кипения воды и диэлектрических жидкостей в условиях вынужденной конвекции и разработка метода увеличения критического теплового потока для системы микроканалов

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от теплового потока для перфторгексана: массовая скорость 450 кг/м2 с, температура насыщения 69°С. 1– экспериментальные данные; 2– расчет; 3–кипение в объёме.	Рис. 2. Зависимость критического теплового потока от массового расхода воды в микроканальных теплообменниках: 1– полученные экспериментальные данные; 2– данные Steinke, Kandlikar (2004); 3 – данные Qu, Mudawar (2004); 4– данные Kosar et al. (2006); 5–  расчёт по Кутателадзе (1979).

Экспериментально установлены определяющие закономерности теплообмена при кипении хладонов R-141b,  R-1234yf, перфторгексана и воды в условиях вынужденной конвекции в сборках прямоугольных микроканалов. Данные полученных в широком диапазоне приведенных давлений, массовых скоростей и локальных паросодержаний. В экспериментах использованы микроканалы с сечением 335х930 мкм и 360х2000 мкм.  Локальные коэффициенты теплоотдачи определены с использованием многоточечных термопарных измерений в диапазоне тепловых потоков от 0,5 до 600 Вт/см², массовых скоростей до 5000 кг/м²с, массовых паросодержаний до 0,9 и приведённых давлений от 0,01 до 0,25. Накоплена представительная база данных по коэффициентам теплоотдачи и критическим тепловым потокам для диэлектрической жидкости и перспективных хладоагентов с низким потенциалом глобального потепления, установлено хорошее соответствие результатов экспериментов и расчетов, выполненных на основе модели теплообмена, учитывающей подавление пузырькового кипения и испарение сверхтонких пленок жидкости. На рис. 1 представлено сравнение экспериментальных данных по величине коэффициента теплоотдачи с расчетом для перфторгексана при массовой скорости 450 кг/м²с. При исследовании кипения воды, выявлено изменение характера кризиса теплообмена и значительное увеличение критического теплового потока для массовой скорости больше 350 кг/м²с вследствие реализации условий для полной конденсации пара, выбрасываемого во входную распределительную камеру, что вызывает подавление преждевременного кризиса кипения, рис. 2. Это позволяет также исключить значительный рост потерь давления, наблюдаемый при установке дросселирующих элементов, как в работе Kosar et al. (2006).

ИТ СО РАН, зав. лаб., д. ф.-м. н. Кузнецов В.В., с. н. с., к. ф.-м. н. Шамирзаев А.С., лаб. Мордовской А.С., тел.: 8(383)330-71-21.